Силы, работа, мощность при резании.

Целенаправленное разрушение обрабатываемого материала, состоящее в снятии припуска при резании сопровождается затратами энергии при этом на передней и задней поверхностях режущего инструмента со стороны обрабатываемой заготовки и срезаемого слоя действует сложно распределенная нагрузка, которая условно может быть представлена сосредоточенной силой резания P_рез. Условно силу резания принято раскладывать на три составляющие P_x, P_y и P_z. Сила резания зависит от обрабатываемого и инструментального материалов, а также от геометрии инструментов и режимов резания. Для удобства силу резания раскладывают на три составляющие :

Рисунок 7-1 Рисунок 7-2 Рисунок 7-3

Рисунок 7-1 показывает распределение и направления составляющих силы резания P при типичном виде обработки.

P_z — главная составляющая силы резания (касательная или тангенциальная составляющая). Эта сила используется для расчета привода главного движения станка.

Р_у — радиальная составляющая силы резания. По ней определяют необходимую жесткость станка. Она оказывает существенное влияние на точность обработки. Р_у может вызывать искривление оси обрабатываемой детали (особенно для нежестких деталей).

P_x — осевая составляющая силы резания. Используется для расчета привода подач станка.

Пример: прямой проходной резец с углом . Для него: . Все эти соотношения справедливы для нового заточенного инструмента. А для претерпевшего износ инструмента эти силы примерно равны: .

Рисунки 7-2 и 7-3 иллюстрируют изменение составляющих сил резания Р_у и P_x от главного угла в плане φ.

На режущей поверхности инструмента действует сложно распределенная нагрузка, которая колеблется в пределах 10…20 ГПа. Обычно при расчете составляющих сил резания силу прикладывают к середине длины активной режущей кромки. На соотношение большое влияние оказывает угол в плане φ.

При уменьшении угла φ от 45 до 20˚, P_y возрастает более чем в два раза, что приводит к прогибу детали.

, где c - постоянный коэффициент (из таблиц); t — глубина резания; S—- подача; HB — твердость обрабатываемого материала; x, y, z — эмпирические коэффициенты, которые определяются по таблицам.

Силы резания можно измерить с помощью специальных приборов - динамометров. Динамометры по принципу действия различают: упруго-механические, гидравлические и электрические. Принцип их действия основан на преобразовании перемещений или деформаций упругих элементов с помощью датчиков.

Тепловой баланс при резании.

— уравнение для теплового баланса при резании.

— количество теплоты, выделившееся вследствие пластической деформации в зоне скалывания (рис. 7-4). При пластической деформации составляет 80% от всего тепла выделившегося в зоне резания.

— количество теплоты, выделившееся в результате трения по передней поверхности инструмента 10-15% от общего тепла.

Рисунок 7-4 Рисунок 7-5

— количество теплоты, выделившееся на задней поверхности режущего инструмента примерно 3%.

— количество теплоты, которое образовалось перед плоскостью скалывания вследствие распространения фронта волны деформации и составляет 1-2% от общего количества тепла.

— количество теплоты, переходящее в стружку, примерно 75%.

— количество теплоты, переходящее в тело инструмента, примерно 3%.

— количество теплоты, поступающее в заготовку, примерно 6%.

— тепло, переходящее на главную режущую кромку инструмента. Оно составляет примерно 2%.

— количество теплоты, переходящее в окружающую среду.

Рисунок 7-5 показывает влияние параметров резания на температуру в зоне резания.